Mydlo

Vývoj mydla prechodom storočí

Pôvod sebačistenia siaha až do prehistorických časov. Keďže voda je nutná pre život, prví ľudia vedľa nej žili a poznali jej čistiace účinky – prinajmenšom že zmývala špinu z ich rúk. Predpokladá sa že prvé mydlo vzniklo spadnutim popola do kotla počas varenia. Taketo hrnce sa lahsie čistili. V ruinách starého Babylonu bol v hlinených vázach nájdený materiál podobný mydlu – dôkaz, že výroba mydla bola známa už v r.2800 pred n.l. Nápisy na vázach hovoria že tuky boli varené s popolom, čo je spôsob výroby mydla, no nevravia o použití. Neskôr boli takéto prostriedky používané ako pomôcka na úpravu vlasov.

Ebersov papyrus, lekársky dokument z obdobia okolo r.1500 pred n.l., popisuje miešanie rastlinných a živočíšnych olejov z alkalickými soľami na vytvorenie mydlového materiálu používaného na liečenie kožných ochorení, ako aj na umývanie. Okolo toho istého obdobia dal Mojžiš Izraelitom detailné zákony nariaďujúce osobnú čistotu. Tiež poukázal na súvislosť hygieny so zdravím a náboženskou očistou. Biblické pramene dokazujú, že Izraeliti vedeli, že zmes popola a oleja vytvárala druh gélu na vlasy. Tiež používali olej s popolom. Šaty sa prali bez mydla v potokoch. Mydlo bolo podľa starej rímskej legendy pomenované podľa hory Sapo, kde sa obetúvala zver. Dážď zmyl zmes živočíšneho oleja a popola zo spáleného dreva do hliny pozdĺž Tiberu. Ženy zistili že táto „obohatená“ hlina zanechala ich šaty čistejšie bez veľkej námahy. Germáni a Galovia sú tiež pokladaní za objaviteľov tejto substancie – z loja a popola si farbili vlasy na červeno. V druhom storočí n.l. grécky fyzik Galén odporúčal mydlo pre jeho liečebné aj čistiace účinky. V siedmom storočí už bolo mydlárstvo v Európe zabehnutým remeslom. Gildy mydlárov žiarlivo strážili ich obchodné tajomstvá. Rastlinné a živočíšne tuky boli používané s popolom rastlín na získanie vône. Postupne pribúdali rôzne variácie na sprchovanie a šampónovanie, i na kúpanie a pranie. Taliansko, Španielsko a Francúzsko boli prvé centrá výroby mydiel pre ich dostatočné zásobovanie surovinami ako olivový olej.

Angličania začali robiť mydlo v 12. storočí. Tento obchod bol taký výhodný, že v r.1622 udelil kráľ James I. mydlárovi monopol za 100,000 dolárov ročne (v prepočte). V niektorých krajinách bolo mydlo až do 19. storočia zaťažené daňami ako luxusný výrobok. Keď boli dane zrušené, mydlo sa stalo dostupné pre široké vrstvy obyvateľstva a štandard čistoty sa zvýšil. Mydlo v Amerike predávali len podomoví obchodníci výmenou za tuk, z ktorého ho aj sami vyrábali. Veľký pokrok smerom k veľkopriemyselnej výrobe znamenal patent francúzskeho chemika Nicholasa Leblanca v r.1791 na proces výroby sodného popola (sodiumkarbonátu) z bežnej soli. Je to kyselina získaná z popola ktorá sa zmieša s tukom na vytvorenie mydla. Leblancov proces zaručil množstvo kvalitného a lacného sodného popola. Veda o modernom mydlárstve sa zrodila o 20 rokov neskôr s objavom Michel Eugene Chevreula, ďalšieho francúzskeho chemika o chemickom pôvode tukov, glycerínu a tukových kyselín. Jeho výskum položil základ pre chémiu mydiel i tukov. Dôležitý pre pokrok technológie mydiel bol tiež objav belgického chemika Ernesta Solvaya v 19. storočí – proces výroby amoniaku, ktorý tiež používal soľ (NaCl) na vytvorenie sodného popola. Toto ďalej redukovalo cenu získavania tejto kyseliny a zvýšilo jej kvalitu a kvantitu. Tieto vedecké poznatky, spolu s rozvojom energie na prevádzku tovární, urobili mydlárstvo jedným z najrýchlejšie rastúcich odvetví priemyslu do r.1850. V tomto čase široká dostupnosť zmenila mydlo z luxusu na každodennú potrebu.

S týmto rozšírením sa objavili hladšie mydlá na kúpanie a mydlá do práčiek ktoré prišli na sklonku storočia. Chémia mydiel sa nezmenila až do r.1916, keď bol v Nemecku vyvinutý prvý syntetický čistiaci prostriedok- saponát. Sú to nemydlové čistidlá syntetizované chemicky z množstva surovín. Taktiež bolo potrebné vytvoriť čistidlo ktoré by nereagovalo vo vode s minerálmi a netvorilo nerozpustnú substanciu ako mydlo. Výroba saponátov pre domácnosť začala v Spojených štátoch v 30. rokoch, no jej skutočný rozvoj nastal až po druhej sv. vojne. Vojnová prestávka a potreba armády pre saponát fungujúci v morskej studenej vode stimulovali ich ďalší vývoj. Prvé saponáty boli používané hlavne na ručné umývanie riadu a pranie vo veľkých práčovňách. Prielom vo vývoji univerzálnych saponátov nastal v r.1946, keď prišiel prvý prášok obsahujúci i základnú čistiacu zložku, i rozšírenie o zefektívňujúcu látku – najmä fosfáty. Toto rapídne zvýšilo účinnosť a umožnilo prať v práčke mnoho kusov odevu naraz. V r.1953 prevýšil predaj saponátov predaj mydiel. Saponáty nahradili mydlá pri praní, umývaní riadu aj pri upratovaní domácnosti. Takisto sa v kombinácii s mydlami používajú pri sprchovaní a kúpaní. Od týchto prvých úspechov v chémii saponátov sa vedci zamerali na vývoj čistiacich prostriedkov, ktoré sú efektívne a ľahko použiteľné, a tiež bezpečné pre konzumentov a životné prostredie.

Dnes sa mydlo okrem svojej pôvodnej funkcie využíva aj vo všetkých pracích prostriedkoch, aj keď iba v nepatrnom množstve.

Súčastná výroba mydla

Tradičné kockové mydlá sú vyrábané z tukov a olejov alebo ich tukových kyselín, ktoré reagujú s anorganickými látkami rozpustnými vo vode. Hlavné zdroje tukov sú hovädzí a baraní loj a najpoužívanejšie oleje sú z palmy, kokosového orecha a palmových jadier. Tieto suroviny môžu byť predpripravované – zbavené nečistôt a obohatené o farbu a zápach požadovaný pri finálnej kocke. Hlavný proces produkuje mydlo v tekutej forme – tzv. čisté mydlo a cenný vedľajší produkt – glycerín. Ten je oddelený, evaporizovaný a extrahovaný. Výsledný glycerín je dôležitý priemyselný materiál používaný v jedlách, kozmetike, liečivách a.i.

V poslednej časti procesu prechádzajú guľôčky cez finalizujúci pás. Najprv sú zmiešané s farbivami, arómami a inými zložkami v mixéri (amalgamátor). Zmes je potom homogenizovaná, rozdelená na kocky a vytvarovaná do konečnej formy. Práškové saponáty sú vyrábané sušením sprejom, aglomeráciou, suchým miešaním alebo kombináciou týchto metód. V dnešnej dobe sa mydlo vyrába najmä z rastlinných olejov a tukov, ale využíva sa aj odpadový tuk zvierat. Tuk sa dlhé hodiny varí v kotle s hydroxidom sodným alebo draselným. Tuky, prírodné estéry, sa vodou štiepia na mastné kyseliny a glycerol. Od tohto procesu pochádza dávnejšie používaný názov pre hydrolýzu estérov – zmydelňovanie. Mastné kyseliny tvoria s hydroxidmi sodné alebo draselné soli – mydlá. S hydroxidom sodným sa tvorí tuhé jadrové mydlo –čistenie a pranie, s hydroxidom draselným mazľavé mydlo -dezinfekčné prostriedky.

C17H33COOH + KOH –––> C17H33COOK + H2O
olejan draselný( mazľavé mydlo )

C17H35COOH + NaOH –––> C17H35COO Na + H2O
stearan sodný ( jadrové mydlo )

Mydlá sú soli vyšších mastných kyselín s alkalickými kovmi. Mydlo aj glycerol sú látky rozpustné vo vode, preto sa počas výroby mydla musia oddeliť. Pridaním chloridu sodného sa zníži rozpustnosť mydla vo vode („vysoľovanie“). Vytvorí sa tuhé mydlové jadro. Glycerol zostane v roztoku spolu s chloridom sodnym a hydroxidom sodnym. Mydlové jadro sa suší a po pridaní rôznych prísad sa lisuje na kúsky.

Čistiaci účinok mydla

Na rozdiel od hydrofóbnych mastných kyselín sa mydlá rozpúšťajú vo vode, pretože sú zložené z iónov. Vodné roztoky mydla ióny Na+ alebo K+ a anióny mastných kyselín s dlhým reťazcom. Ak by zmáčací účinok mydlového roztoku spôsobovali katióny, mohli by sme prať aj v roztoku kuchynskej soli. Podstata účinku tenzidu (skupinové pomenovanie chemických zlúčenín, ktorých spoločnou vlastnosťou je povrchová aktivita, napríklad saponáty, detergenčné prostriedky, zmáčadlá, kypriace prášky a pod.) mydla spočíva výlučne v štruktúre aniónov mydiel. Ich správanie sa vo vode musí byť porovnateľné so zodpovedajúcimi mastnými kyselinami.

Ak roztopenú kyselinu stearovú nalejeme do vody, stuhne po ochladení na vodnej hladine. Vrstva kyseliny je na spodnej strane zmáčaná, na vrchnej strane sú však iba kvapky vody. Molekuly kyseliny stearovej sa počas chladnutia usporiadajú tak, že hydrofilnou karboxilovou skupinou ponoria do vody a hydrofóbny alkylový zvyšok sa vytlačí na povrch vody. Anióny mydiel sa správajú podobne. Po nasypaní práškovej síry na hladinu vody sa prášok sústredí na okraji nádoby hneď po ponorení mydla do vody. To je dôkaz, že anióny mydla sa prednostne umiestnia na povrchu vody a vsunú sa medzi molekuly vody.

Príťažlivé sily medzi molekulami vody sa výrazne zmenšia; zníži sa povrchové napätie vody. Správanie sa aniónu mydla môže objasniť jeho štruktúra. Záporne nabitá „časť“ aniónu mydla – hydrofilná skupina –COO-
sa vtláča medzi molekuly vody. Hydrofóbny alkylový reťazec preniká cez rozhranie a vyčnieva z vody. Anióny mydla sa zhromažďujú na rozhraní medzi hydrofilnou a hydrofóbnou látkou. Vznikom peny sa zväčšuje rozhranie medzi vodou a vzduchom. Vznik peny názorne dokazuje povrchovú aktivitu aniónov mydla. Po úplnom obsadení povrchu vody sú anióny mydla vťahované do vody, kde vytvárajú súbory v tvare gúľ. Tento tvar umožňuje smerovanie hydrofilných skupín do vody.

Vlastný prací účinok mydlového roztoku spočíva v povrchovej aktivite aniónov mydla. Na mastnom povrchu, aj na vláknach, sa anióny mydla usporiadajú tak, že hydrofilná „časť“ smeruje do vody, zatiaľ čo hydrofóbny alkylový zvyšok sa zachytí na vláknach. Zníži sa povrchové napätie a vlákno sa zmáča. Jeho povrch, aj mastný povrch, získa pomocou aniónou mydla záporný náboj. Vzájomné odpudzovanie umožňuje odstránenie nečistoty.

Prečo sa však nečistota jemne rozptýli ? Odpoveďou na túto otázku je, že mydlo pôsobí ako emulgátor, čo znamená, že zmes vody a oleja sa po čase oddelí. Mydlový roztok tvorí s olejom emulziu, ktorá je stála niekoľko dní. Jemné kvapôčky oleja sú obalené aniónmi mydla, pretože alkylové zvyšky sa naviažu na olej. Skupiny –COO- sú obrátené smerom do vody, teda kvapky oleja majú záporný náboj a navzájom sa odpudzujú; nemôžu sa opäť spojiť. Kvapky oleja sa vznášajú vo vode, tvorí sa emulzia. Taktiež je to aj pri tuhých nečistotách, ktoré sa obalia tiež aniónmi mydla. Oddelenie nečistôt podporuje vyššia teplota alebo mechanické pôsobenie, napr. pohyb prádla alebo trenie.

Nevýhody mydla

Mydlový roztok je síce dobrým čistiacim prostriedkom na nečistoty obsahujúce oleje a tuky, avšak má aj vlastnosti , ktoré obmedzujú jeho použitie ako čistiaceho prostriedku. Zráža sa tvrdou vodou, spôsobuje splsnatenie vlny, páli v očiach a dráždi citlivú pokožku. Príčinu môžeme hľadať v jeho reakciách s vodou. Samotný roztok mydla v alkohole reaguje neutrálne. Po pridaní vody do tejto reakcie sa fenolftaleín sfarbí na červeno. Znamená to, že vodný roztok mydla reaguje zásadito. Takto vznikajú hydroxidové ióny, ktoré výrazne podporujú čistiaci účinok mydla, ale nepriaznivo pôsobia na pokožku a vlákna tkanív.

C17H35COO- + H2O ® C17H35COOH + OH-

Určite len málo ľudí vie o tom, že mydlo nepení v každej vode rovnako. A prečo tomu tak je? Príčina určite nie je v mydle, ale v použitej vode. Pokusmi s rôznymi vzorkami vody bolo dokázané,že v mäkkej vode sa tvorí bohatšia pena ako v tvrdej vode, čo znamená, že anióny mydla reagujú s iónmi vápnika a horčíka prítomnými vo vode.Tvorí sa biela, vločkovitá zrazenina „vápenného mydla“. Nepriaznivo ovplyvňuje pružnosť tkanív a spôsobuje sivosť textilií. Prádlo je tvrdé a krehké (lámavé), stráca schopnosť sať a žltne. Vápenné mydlo nemá emulgačný účinok a nie je povrchovo aktívne. Čím je voda tvrdšia, tým je väčšia spotreba mydla.
2 C17H35COO - + Ca2+ ® (C17H35COO)2Ca
stearan vápenatý
(vápenné mydlo)

Prací účinok mydla znižujú aj soli, ktoré sa nachádzajú vo veľmi prepotenej bielizni, ale aj kyseliny, ktoré obsahuje pot. V prítomnosti kyselín reagujú anióny mydla s oxoniovými katiónmi H3O+. Vznikajú mastné kyseliny, ktoré sa vo vode vylučujú ako biele vločky.

C17H35COO- + H3O+ ® C17H35COOH + H2O

Tieto nepriaznivé účinky mydla spôsobované reakciami skupín -COO- v anióne mydla. Nevýhody mydla sa odstránili syntézou nových látok. Ich základ je v štruktúre aniónu mydla, ale skupina –COO- je nahradená inou hydrofilnou skupinou. Tieto látky – nemydlové tenzidy – reagujú vo vode neutrálne a preto šetrne pôsobia na vlákna. S kyselinami a soľami netvoria zrazeniny, ktoré sa môžu usadzovať na vláknach.

Pracie prostriedky

Rôzne textilné tkaniny, v ktorých sa stále zvyšuje obsah syntetických vlákien a rôzny charakter nečistôt, vyžadujú účinné pracie prostriedky. Obsahujú zmesi rôznych tenzidov a veľa iných prímesí. Z toho je ich dôležitosť nesporná.

Druhy pracích prostriedkov

Vylepšovače zlepšujú odstraňovanie škvŕn, bielenie a zmäkčovacie účinky saponátov. Pri praní sa k nim pridávajú. Enzýmové predpláchadlá sú používané pri pláchaní predmetov pred praním aby sa odstránili náročné škvrny a špina. Po pridaní do práčky zvyšujú čistiacu silu. Zmäkčovače tkanín pridané do sušenia alebo posledného prania robia tkaniny mäkšie a hebkejšie, znižujú statické trenie, pridávajú príjemnú vôňu a robia žehlenie ľahším. Predpracie odstraňovače škvŕn sú použiteľné na predčistenie ťažko znečistených syntetických odevov. Zmäkčovače vody pridané do práčky deaktivujú tvrdé vodné minerály. Keďže mydlá sú účinnejšie v mäkkej vode, tieto produkty zvyšujú čistiacu silu. Prostriedky na umývanie riadu – detergenty na ručné a automatické umývanie riadu sú doplnené niektorými špeciálnymi produktmi. Vyrábajú sa ako tekutiny, gély, prášky a pevné látky.

Tenzidy

Tenzidy síce netvoria hlavnú súčasť pracích prostiedkov, ale pre proces prania majú rozhodujúci význam. Znižujú povrchové napätie vody, čím sa textílie stávajú lepšie zmáčateľné a zvyšujú emulgovateľnosť nečistoty. Dôležitú skupinu nemydlových tenzidov tvoria soli alkylsírových kyselín. To sú aniónové tenzidy; ich hydrofilný zvyšok má záporný náboj.